吳川， 陳功， 董立， 羅麗萍， 高明權(quán)， 吳自飛， 方曾怡， 王衛(wèi)東

610054 成都,電子科技大學(xué) 醫(yī)學(xué)院(吳川、羅麗萍、高明權(quán)、吳自飛、王衛(wèi)東)；611731 成都,電子科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(陳功、董立)；646000 四川 瀘州,西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 腫瘤科(方曾怡)；610041 成都,四川省腫瘤醫(yī)院·研究所，四川省癌癥防治中心，電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院 放療中心,放射腫瘤學(xué)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(吳川、王衛(wèi)東)

肺癌在全球腫瘤發(fā)病率及致死率排行中穩(wěn)居首位，分別占癌癥總發(fā)病人口的11.6%和18.4%[1]，其中非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC) 占所有肺癌患者的85%[2]，并且發(fā)病率逐年增高，已成為世界上死亡率最高的腫瘤[3]。隨著抗腫瘤治療藥物及技術(shù)的發(fā)展，肺癌群體5年生存率從2011年的15.6%提高到了2019年的19.4%[4]。肺癌患者生存期的延長(zhǎng)意味著臨床上對(duì)肺癌患者的關(guān)注不僅僅在于滿足延長(zhǎng)生存時(shí)間，更重要的是要改善其生活質(zhì)量。多年來的傳統(tǒng)觀念多注重對(duì)腫瘤病灶的控制和患者生存期的延長(zhǎng)，往往忽略了患者認(rèn)知變化對(duì)生存質(zhì)量的影響。研究表明，有17%～34%的癌癥患者長(zhǎng)期存在認(rèn)知障礙[5]，即使輕微的認(rèn)知功能障礙也會(huì)嚴(yán)重?cái)_亂患者和家屬的日常生活。鑒于以上數(shù)據(jù)，癌癥患者認(rèn)知功能變化的生物學(xué)機(jī)制和神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)值得進(jìn)一步深入探討。目前為止，我們所知道的大部分神經(jīng)解剖學(xué)結(jié)果都來自于對(duì)乳腺癌患者的MRI研究[6-8]，對(duì)NSCLC患者潛在的腦結(jié)構(gòu)或功能改變知之甚少。因此，NSCLC患者大腦皮質(zhì)改變情況仍有待研究。本研究觀察了NSCLC患者的大腦皮層變化及臨床相關(guān)影響因素，希望為肺癌患者腦健康維護(hù)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

納入2018年7月至2019年3月就診于四川省腫瘤醫(yī)院的非顱內(nèi)轉(zhuǎn)移NSCLC患者(患者組)，同時(shí)納入年齡、性別相匹配的四川省腫瘤醫(yī)院體檢中心進(jìn)行體檢的健康成年人為正常組，整理收集基本信息，包括：性別、年齡、生活習(xí)慣(煙酒史)、基礎(chǔ)疾病(高血壓、糖尿病、心血管疾病、精神疾病病史)。

患者組納入標(biāo)準(zhǔn)：1)病理活檢證實(shí)為NSCLC(鱗癌/腺癌)，不合并其他惡性腫瘤；2)影像學(xué)檢查提示無嚴(yán)重腦血管疾病、無腦轉(zhuǎn)移征象；3)無神經(jīng)系統(tǒng)或精神疾病病史；4)MRI掃描層數(shù)為192層；5)使用3.0T SIEMENS-Avanto MRI機(jī)進(jìn)行的薄層掃描；6)右利手。正常組納入標(biāo)準(zhǔn)：1)四川省腫瘤醫(yī)院腫瘤篩查中心檢查提示無惡性腫瘤；2)既往無惡性腫瘤病史；3)無神經(jīng)系統(tǒng)或精神疾病病史；4)MRI掃描層數(shù)為192層；5)使用3.0T SIEMENS-Avanto MRI機(jī)進(jìn)行的薄層掃描；6)右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：1)有神經(jīng)系統(tǒng)或精神疾病病史；2)有顱內(nèi)轉(zhuǎn)移、顱內(nèi)浸潤(rùn)、原發(fā)腦腫瘤、抑郁、焦慮及嚴(yán)重腦血管病變；3)高血壓、糖尿病病史[9-11]；4)MRI掃描層數(shù)<192層；5)左利手。NSCLC分期按美國(guó)腫瘤分期系統(tǒng)聯(lián)合委員會(huì)(American Joint Committee on Cancer,AJCC)第8版分期。

患者組共納入87例，正常組共納入39例。將未接受任何治療的患者分為治療前組，共45例，接受臨床相關(guān)治療的患者分為治療后組，共42例，收集患者組顱腦增強(qiáng)MRI、臨床治療方案及血液分析(包括粒細(xì)胞數(shù)、淋巴細(xì)胞數(shù)、血紅蛋白濃度、血小板濃度)，血脂指標(biāo)(膽固醇濃度、甘油三脂濃度)和腫瘤標(biāo)志物[癌胚抗原、神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE)]等臨床參數(shù)。

1.2 研究方法

所有顱腦MRI影像學(xué)數(shù)據(jù)均為四川省腫瘤醫(yī)院MRI室采集，采用3.0T SIEMENS-Avanto MRI機(jī)對(duì)患者組及正常組進(jìn)行薄層掃描，采取結(jié)構(gòu)像3D加權(quán)MRI圖像,其參數(shù)設(shè)置為：重復(fù)時(shí)間(repetition time，TR)=1 160 ms，回波時(shí)間(echo time，TE)=4.24 ms，反轉(zhuǎn)時(shí)間(inversion time，TI)=600 ms，視野(field of view，F(xiàn)OV)=256 mm×256 mm，翻轉(zhuǎn)角度(flip angle，F(xiàn)A)=15°，data matrix=256×256，voxel size=1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，整個(gè)腦區(qū)由192層橫斷平面組成。獲取MRI影像后行如下處理：使用Freesurfer軟件進(jìn)行皮層表面重建和形態(tài)學(xué)參數(shù)測(cè)量。具體步驟如下：1)將個(gè)體的T1加權(quán)圖像配準(zhǔn)到Talairach標(biāo)準(zhǔn)空間上;2)在標(biāo)準(zhǔn)空間中標(biāo)準(zhǔn)化圖像的灰度值，提高圖像對(duì)比度，減少分割誤差;3)去除顱骨等非腦組織;4)根據(jù)圖像的對(duì)比度等多個(gè)信息，標(biāo)定大腦的白質(zhì)區(qū)域，并且可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)空間中腦橋和胼胝體的位置，去除小腦以及腦干并將大腦分成左右兩個(gè)半球;5)分別將左右半球進(jìn)行曲面的三角網(wǎng)格參數(shù)化。用兩個(gè)三角形代表灰質(zhì)和白質(zhì)交界面的體素，可以得到灰質(zhì)和白質(zhì)交界面的初步三角網(wǎng)格曲面，但是體素水平上仍需要進(jìn)行平滑處理。軟膜表面指的是從灰質(zhì)和白質(zhì)交界面向外擴(kuò)展到灰質(zhì)與腦脊液的交界面。類似第3)步的處理方式對(duì)軟膜曲面進(jìn)行變形，至此得到軟膜曲面和白質(zhì)曲面用頂點(diǎn)來表述;6)計(jì)算每個(gè)頂點(diǎn)的皮層厚度等參數(shù);7)使用Destrieux Atlas模板劃分腦區(qū)，計(jì)算每個(gè)腦區(qū)的皮層厚度、體積、表面積、曲率、腦溝深等指標(biāo)(圖1)。

圖1 大腦皮層處理流程

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

利用Freesurfer中的QDEC交互統(tǒng)計(jì)，對(duì)腦區(qū)的厚度、體積、表面積、曲率、腦溝深度進(jìn)行組間對(duì)比。組間差異通過在P<0.05(雙側(cè))處的蒙特卡洛檢驗(yàn)進(jìn)行校正。年齡使用單因素方差分析，性別、吸煙、飲酒、病理類型、分期采用卡方檢驗(yàn)或Fisher精確檢驗(yàn)分析，雙樣本T檢驗(yàn)分析正常組、治療前組、治療后組的皮層平均厚度、體積、表面積、曲率及腦溝深度。以性別、年齡、吸煙、喝酒狀況作為控制變量，對(duì)患者組臨床參數(shù)與變化腦區(qū)厚度、體積、表面積、曲率、腦溝深度進(jìn)行相關(guān)性分析。同時(shí)以性別、年齡、吸煙、飲酒狀況作為控制變量，計(jì)算偏相關(guān)系數(shù)，將患者組臨床參數(shù)(血常規(guī)、血脂、腫瘤標(biāo)志物等指標(biāo))與變化腦區(qū)行相關(guān)性分析。

2 結(jié) 果

2.1 患者組和正常組基本信息

正常組39例，男20例，女19例，平均年齡(48.90±11.9)歲，年齡范圍21～81歲；治療前組共觀察了45例NSCLC患者，男28例，女17例，平均年齡(57.04±8.1)歲，年齡范圍36～70歲；臨床分期：Ⅰ期3例，Ⅱ期7例，Ⅲ期20例，Ⅳ期15例；病理類型：鱗癌28例，腺癌17例；治療后組42例，男30例，女12例；平均年齡(59.93±10.1)歲，年齡范圍40～79歲；臨床分期：Ⅰ期4例，Ⅱ期6例，Ⅲ期16例，Ⅳ期16例；病理類型：鱗癌28例，腺癌14例；治療方式：手術(shù)22例；化療39例，均為以鉑類為基礎(chǔ)的兩藥聯(lián)合化療；接受放射治療的患者13例，所有患者均采用三維適形調(diào)強(qiáng)放射治療；靶向治療15例。各組年齡、性別、飲酒和AJCC臨床分期差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。吸煙差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

表1 人口信息統(tǒng)計(jì)表

2.2 各組腦區(qū)皮層平均厚度、體積、表面積、曲率、腦溝深度變化

腦區(qū)皮層平均厚度：治療后組與治療前組、正常組的皮層平均厚度雙樣本T檢驗(yàn)，經(jīng)過蒙特卡洛校正后(P=0.05,校正值)，左右腦半球皮層共呈現(xiàn)6個(gè)明顯簇顯示，顯著增厚腦區(qū)為雙側(cè)中央前回、頂葉上回及額上回(具體腦區(qū)如圖2所示，對(duì)應(yīng)的變化腦區(qū)如表2所示)。治療前組對(duì)比正常組的腦區(qū)皮層平均厚度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 腦區(qū)厚度變化圖

表2 皮層厚度變化腦區(qū)列表

腦區(qū)皮層體積：正常組、治療前組、治療后組的皮層體積雙樣本T檢驗(yàn)結(jié)果顯示，變化腦區(qū)主要在右側(cè)大腦半球，具體變化區(qū)域包括右側(cè)中央后回、中央前回及頂葉上回(表3)。治療前組與正常組對(duì)比顯示中央后回及頂葉上回部位腦皮質(zhì)體積萎縮，治療后組與治療前組對(duì)比中央后回、中央前回及頂葉上回的腦區(qū)皮質(zhì)體積增加，治療后組與正常組對(duì)比腦區(qū)變化不明顯，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖3)。

表3 皮層體積變化腦區(qū)列表

圖3 大腦皮層體積變化圖

正常組、治療前組、治療后組腦區(qū)皮層表面積、曲率、腦溝深度的雙樣本T檢驗(yàn)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表4)。

2.3 治療前后、病理類型、分期對(duì)腦區(qū)特征的影響

治療前組患者僅大腦皮層體積有變化，治療后組的患者大腦皮層體積及厚度均變化明顯，因此，癌癥本身及臨床治療主要影響大腦皮層厚度及體積，對(duì)表面積、曲率及腦溝深度未見明顯影響。病理類型、臨床分期與本研究變化腦區(qū)無相關(guān)性(表4)。

表4 治療前后、病理類型、分期與腦區(qū)特征影響

2.4 患者組血常規(guī)、血脂等臨床參數(shù)與變化腦區(qū)相關(guān)性分析結(jié)果

以性別、年齡、吸煙、飲酒作為控制變量，計(jì)算偏相關(guān)系數(shù)，分析患者組臨床參數(shù)與變化腦區(qū)的相關(guān)性。結(jié)果顯示：患者組左側(cè)島回平均厚度與血小板數(shù)呈負(fù)相關(guān)(r=-0.25，P=0.022)(圖4)。中央前后回、頂葉上回及額上回等主要變化腦區(qū)與臨床參數(shù)未見明顯相關(guān)性。

圖4 血小板與左側(cè)島回平均厚度相關(guān)性分析圖

3 討 論

本研究旨在利用解剖學(xué)、大腦皮層結(jié)構(gòu)、臨床參數(shù)等信息，建立NSCLC患者的大腦皮層變化模型。本研究基于大腦皮層表面形態(tài)學(xué)測(cè)量(surface-based morphometry,SBM)分析結(jié)果顯示NSCLC患者在治療前后均出現(xiàn)了大腦皮層結(jié)構(gòu)的改變，且變化腦區(qū)主要集中在中央前后回及頂葉上回。在接受臨床治療前的NSCLC患者中央后回及頂葉上回的體積縮小，接受臨床治療后的肺癌患者腦區(qū)體積增加，并恢復(fù)至正常狀態(tài)。對(duì)于厚度改變而言，治療后組與治療前組、正常組相比，治療后組雙側(cè)中央前回、頂葉上回及額上回皮層均增厚。偏相關(guān)分析結(jié)果顯示左側(cè)島回平均厚度與血小板數(shù)呈負(fù)相關(guān)。本研究中病理類型、臨床分期與腦區(qū)厚度及體積變化無明顯相關(guān)性。

癌癥相關(guān)性認(rèn)知功能損害(cancer-related cognitive impairment，CRCI)[12]是指癌癥導(dǎo)致患者腦部功能結(jié)構(gòu)受損而出現(xiàn)的認(rèn)知功能障礙。本研究結(jié)果顯示治療前中央后回及頂葉上回的體積縮小，這與肺癌患者在接受治療前的頂葉會(huì)出現(xiàn)低代謝區(qū)[13]、白質(zhì)普遍減少[14]等研究結(jié)果一致。進(jìn)一步證實(shí)了癌癥本身可導(dǎo)致大腦皮質(zhì)體積萎縮[15-16]，為研究及探索CRCI機(jī)制提供理論及影像學(xué)基礎(chǔ)。同時(shí)研究結(jié)果顯示NSCLC患者在接受臨床治療后中央后回及頂葉上回體積恢復(fù)至正常水平，說明臨床治療可減輕癌癥對(duì)大腦皮層的影響。目前CRCI的病理生理機(jī)制已有相關(guān)研究，比如與腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子改變了腫瘤周圍微環(huán)境有關(guān)[17]，大腦中較高水平的促炎細(xì)胞因子對(duì)神經(jīng)是有毒性的，可誘發(fā)人類神經(jīng)退行性疾病[18]；非中樞神經(jīng)系統(tǒng)癌細(xì)胞釋放的外泌體可在局部發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞機(jī)制，直接影響腦活動(dòng)和認(rèn)知功能，同時(shí)能夠激活癌細(xì)胞腦轉(zhuǎn)移，損害血腦屏障的完整性；此外，外泌體還可通過免疫細(xì)胞的外周免疫攻擊觸發(fā)大腦的應(yīng)激反應(yīng)[19]，外泌體含量及其釋放的變化可引起大腦解剖結(jié)構(gòu)的改變[20]。肺癌患者通過臨床治療中的手術(shù)、化療、放療及靶向治療，殺傷并抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，減少了促炎細(xì)胞因子及外泌體的釋放，從而減輕了癌癥本身對(duì)大腦皮層的改變，因此本研究結(jié)果顯示治療后的NSCLC患者大腦皮層體積恢復(fù)至與正常組無明顯差異。

本研究中基線信息顯示患者組與正常組吸煙情況存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，所以在計(jì)算腦區(qū)皮層變化時(shí)，將吸煙作為協(xié)變量，避免了吸煙對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果的影響。對(duì)于厚度改變而言，治療后組與治療前組、正常組相比，治療后組雙側(cè)中央前回、頂葉上回及額上回皮層均增厚，說明臨床治療有助于改善大腦結(jié)構(gòu)及功能。頂葉的功能包括軀體感覺、語(yǔ)言、計(jì)算、自我運(yùn)動(dòng)知覺和視覺空間意識(shí)[21]，右頂葉受損可導(dǎo)致空間關(guān)系的障礙，如書寫過程中對(duì)詞距、行距的把握等。中央前回與額上回[22]毗鄰，二者主管運(yùn)動(dòng)及工作記憶、注意力。中央前回與額上回皮質(zhì)厚度的增加有助于改善治療后癌癥患者的運(yùn)動(dòng)能力、記憶力及注意功能。一項(xiàng)關(guān)于乳腺癌患者的隨訪研究結(jié)果顯示在標(biāo)準(zhǔn)輔助治療后，少數(shù)患者認(rèn)知功能測(cè)量結(jié)果發(fā)生變化，但大多數(shù)人不受影響，甚至隨著時(shí)間的推移有所改善[23]，同時(shí)腦功能鏈接隨時(shí)間推移也會(huì)逐漸恢復(fù)[24]。對(duì)于NSCLC而言，也有研究表明接受治療后4～6個(gè)月NSCLC患者的主觀認(rèn)知功能恢復(fù)，對(duì)注意力的客觀測(cè)量也有改善[25]。同時(shí)有研究結(jié)果顯示NSCLC患者出現(xiàn)化療后認(rèn)知功能障礙的現(xiàn)象是暫時(shí)的[26-27]，結(jié)束治療后肺癌患者的大腦結(jié)構(gòu)及認(rèn)知功能[28]可以得到恢復(fù)及改善[29-30],本研究治療后的NSCLC患者均已結(jié)束治療超過4個(gè)月，雖然缺乏認(rèn)知功能恢復(fù)的客觀評(píng)定，但影像學(xué)結(jié)果證實(shí)治療后NSCLC患者大腦結(jié)構(gòu)變化得到了改善。

目前肺癌大腦皮層的研究主要集中在大腦皮層厚度及體積變化[14,31]，這與本研究結(jié)果顯示大腦皮層的形態(tài)學(xué)變化主要為厚度和體積的結(jié)果一致。雖然在本研究厚度變化結(jié)果中，島回厚度增加并不顯著，但偏相關(guān)分析中顯示島回的厚度與血小板存在負(fù)相關(guān)，左側(cè)島回皮層厚度越厚，血小板越低。島葉屬于邊緣系統(tǒng)，由多個(gè)島回構(gòu)成，有研究結(jié)果顯示島葉具有參與情感、執(zhí)行注意任務(wù)等功能，島葉形態(tài)及功能的變化參與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展過程[32]，島葉皮層增厚有助于緩解抑郁癥狀[33]。NSCLC患者臨床治療結(jié)束后情緒可能得到改善，大腦結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，因此島回結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)變化。同時(shí)，血小板降低可能的原因有兩個(gè)，其一，血小板與惡性腫瘤關(guān)系密切，腫瘤細(xì)胞可激發(fā)并活化血小板，同時(shí)血小板可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[34]，肺癌患者接受臨床治療后，抑制了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移，腫瘤細(xì)胞活化血小板能力降低，使血小板數(shù)目減少；其二，放化療可導(dǎo)致患者骨髓抑制，骨髓造血受抑制導(dǎo)致白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及血小板數(shù)目減少。但本文治療后左側(cè)島回皮層厚度增加與血小板數(shù)目降低呈負(fù)相關(guān)的具體原因及機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

本研究為回顧性研究，選擇偏差是不可避免的，研究結(jié)果需要有大量前瞻性隊(duì)列研究來驗(yàn)證。此外，本研究病例數(shù)偏少，缺乏認(rèn)知功能評(píng)價(jià)，后續(xù)將設(shè)置自身前后對(duì)照組，采集治療前、治療中、治療后肺癌患者顱腦MRI及功能MRI影像，以及進(jìn)行生活質(zhì)量評(píng)估量表、蒙特利爾評(píng)估量表等行為學(xué)量表測(cè)試，進(jìn)一步探討肺癌患者顱腦MRI影像學(xué)改變及其與認(rèn)知功能的關(guān)系。

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